DE2300512A1 - NEW SILVER CATALYSTS AND THEIR PRODUCTION AND USE - Google Patents
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Description
SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V., Den Haag, NiederlandeSHELL INTERNATIONAL RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V., The Hague, Netherlands
" Neue Silberkatalysatoren sowie deren Herstellung und deren Verwendung ""New silver catalysts as well as their production and their Use "
Priorität: 7.Januar 1972, V.St.A., Nr. 216 3.88Priority: January 7, 1972, V.St.A., no.216 3.88
Die Erfindung betrifft modifizierte Silberka.talysatoren, die bei Oxydationsverfahren eingesetzt werden können, Insbesondere bei Verfahren zur Herstellung von Äthylenoxid durch unmittelbare Oxydation von Äthylen mit molekularem Sauerstoff. Des v/eiteren betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der modifizierten Silberkatalysatoren und deren Verwendung.The invention relates to modified Silberka.talysatoren that at Oxidation processes can be used, in particular in processes for the production of ethylene oxide by direct Oxidation of ethylene with molecular oxygen. The invention further relates to processes for the production of the modified ones Silver catalysts and their uses.
Es ist bekannt, dass Silber enthaltende Trägermaterialien als Katalysatoren zur Herstellung von Ä'thylerioxid mittels einer gesteuerten unvollständigen Oxydation von Äthylen mit molekularem Sauerstoff verwendbar sind. Es sind bereits zahlreiche Modifikationen zur Verbesserung der Aktivität und der Selektivität der Silberkatalysatoren vorgeschlagen worden. Diese -ModifikationenIt is known that support materials containing silver are used as catalysts for the production of ethylene dioxide by means of a controlled incomplete oxidation of ethylene with molecular oxygen can be used. There are already numerous modifications has been proposed to improve the activity and selectivity of the silver catalysts. These modifications
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bezieben sich z.B. auf das verwendete Trägermaterial, das Verfahren zur Herstellung, die physikalische Form des Silbers auf dem Trägermaterial und die Mitverwendung von bestimmten Zusätzen beim Katalysator.refer e.g. to the carrier material used, the process for production, the physical form of the silver the carrier material and the use of certain additives in the catalyst.
Aus der USA-Patentschrift 2 125 333 ist bekannt, dass man "geringe Mengen" von Alkalimetallen, wie Natrium oder Kalium und/oder deren Salze, als Zusätze zu verschiedenen Silberkatalysatoren verwenden kann, die zur Herstellung von A'thylenoxid eingesetzt-werden. Später ist jedoch bäsehrieben worden, dass der Einfluss der Alkaliverbindungen nicht sehr günstig v.äre.From US Pat. No. 2,125,333 it is known that "Small amounts" of alkali metals, such as sodium or potassium and / or their salts, as additives to various silver catalysts can use, which are used for the production of ethylene oxide. Later, however, it was rumored that the influence of the alkali compounds was not very favorable.
Zum Beispiel ist in der USA-Patentschrift 2 238 474 erwähnt, dass, obwohl Natriumhydroxid die Aktivität der Silberkatalysatoren mehr oder weniger verbessert, Kaliumhydroxid gerade die gegenteilige Wirkung bezüglich der Katalysatorleistungsfähigkeit hervorruft. Weiterhin ist in der USA-Patentschrift 2 765 283 beschrieben, dass die Zugabe von 0,0001 bis 0,2 Gewichtsprozent einer anorganischen Chlorverbindung, z.B. Natriumchlorid, zum Katalysatorträgerrnaterial vor dem Aufbringen des Silbers den Endkatalysator verbessert. Jedoch ist in der USA-Patentschrift 2 799 687 offenbart worden, dass, wenn 0,002 bis 1,6 Gewichtsprozent anorganisches Halogenid, wie Natriumchlorid oder vorzugsweise Kaliumchlorid, als gesonderte feste Teilchen zu einem Fliessbett des Silberkatalysators zugegeben werden, das Halogenid hemmend auf die Aktivität des Katalysators einwirkt.For example, U.S. Patent No. 2,238,474 mentions that although sodium hydroxide more or less improves the activity of the silver catalysts, potassium hydroxide does just that produces the opposite effect on catalyst performance. Furthermore, US Pat. No. 2,765,283 described that the addition of 0.0001 to 0.2 percent by weight of an inorganic chlorine compound, e.g. sodium chloride, to the Catalyst support material improves the final catalyst prior to application of the silver. However, in the USA patent 2,799,687 has been disclosed that when 0.002 to 1.6 weight percent inorganic halide such as sodium chloride or preferably Potassium chloride, added as separate solid particles to a fluidized bed of the silver catalyst, the halide has an inhibiting effect on the activity of the catalyst.
Hieraus ist ersichtlich, dass der Zusatz von Alkalimetallverbindungen zu einem Silberkatalysator, der zur Herstellung vonFrom this it can be seen that the addition of alkali metal compounds to a silver catalyst used in the production of
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Ethylenoxid verwendet wird, in der einen oder anderen Weise die Eigenschaften des Silberkatalysators verändert. Jedoch kennt man weder wirkliche Vorteile bezüglich bestimmter Mengen zuzusetzenden Alkalimetalle; noch irgendwelche besonderen chemischen Vorteile bezüglich der Zugabe bestimmter Alkalimetalle gegenüber anderen Alkalimetallen.Ethylene oxide is used in one way or another Properties of the silver catalyst changed. However, there are no real advantages with regard to certain amounts to be added Alkali metals; nor any special chemical Advantages over the addition of certain alkali metals other alkali metals.
Es ist nun gefunden worden, dass überraschenderweise die Zugabe von 0,00035 bis 0,0Cj50 g-A'quiyalente $e kg Katalysator, bezogen auf dessen Gesamtgewicht, von Ionen von Kalium, Rubidium oder Cäsium oder deren Gemische, wenn sie gleichzeitig mit dem Silber auf das Trägermaterial des Katalysators aufgebracht vier ei en, eine verbesserte Selektivität beim derart erhaltenen Katalysator hervorrufen.It has now been found that, surprisingly, the addition of 0.00035 to 0.0Cj50 g-Equiyalente $ e kg of catalyst, based on its total weight, of ions of potassium, rubidium or cesium or their mixtures, if they are carried out simultaneously with the Silver applied to the carrier material of the catalyst four eggs, causing an improved selectivity in the catalyst obtained in this way.
Andererseits hat man gefunden, dass die Zugabe von Lithium- oder Natriumionen keine verbesserte Selektivität verursacht. Weiterhin ist gefunden worden, dass die Zugabe grösserer oder kleinerer Mengen von Kalium, Rubidium und/oder Cäsium nicht vorteilhaft ist, und weiterhin, dass die Zugabe des Alkalis, ausgedrückt in g-Ä*quivalenten, zum Trägermaterial vor der Aufbringung des Si3-bers nur einen geringen oder gar keinen Nutzen bringt.On the other hand, it has been found that the addition of lithium or sodium ions does not cause improved selectivity. Farther it has been found that the addition of greater or lesser amounts of potassium, rubidium and / or cesium is not beneficial is, and further that the addition of the alkali, expressed in g-equivalents, to the carrier material before the application of the Si3-bers brings little or no benefit.
Gegenstand vorliegender Erfindung sind daher Silberkatalysatoren, bestehend aus Silber und mindestens einer Alkalimetallverbindung auf einem porösen, hitzebeständigen Trägermaterial, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Katalysatoren O,OOOj55 bis 0,0030 g-ÄquivaLente je kg Katalysator (bezogen auf das Gesamtgewicht des Kata-The present invention therefore relates to silver catalysts consisting of silver and at least one alkali metal compound on a porous, heat-resistant carrier material, which is characterized in that the catalysts O, OOOj55 to 0.0030 g equivalents per kg of catalyst (based on the total weight of the
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Iy sa tors) Kalium-, Rubidium- und/oier Cärsr'-iyrionen enthalten., die gleichzeitig mit dem Silber auf das Trägermaterial aufgebracht worden sind.Iy sa tors) contain potassium, rubidium and / or Carsr'-iyrions., which simultaneously with the silver on the carrier material have been applied.
Die erfindungsge^äscon Katalysatoren bestehen aus einem per eisen 5-hitzobeständigon Trägermaterial, auf dessen äusseren und inneren Oberflächen (Poren) 1'» 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der- Katalysators, Silber und bestimmte Mengen von Kalium-, Rubidium- und/oder· Cäsiuir.ionen aufgebracht worden si na. Wenn nichts anderes vermerkt ist, werden diese- drei Metalle infolgenden als Alkalimetalle bezeichnet. Es werden mit jedem die— ser Alkalimetalle ausgezeichnete Ergebnisse erhalten. Die Verwendung von Kalium ist kostensparend, während die Verwendung von Cäsium die Selektivität am stärksten verbessert. Rubidium verbessert den Katalysator otärker als Kalium. Auch Gemische von Alkalimetallen können aufgebrecht werden»The catalysts according to the invention consist of an iron 5 -hitzobesistenton carrier material, on the outer and inner surfaces (pores) 1 '»5 to 20 percent by weight, based on the total weight of the catalyst, silver and certain amounts of potassium, rubidium and / or Caesium ions have been applied. Unless otherwise noted, these three metals are referred to below as alkali metals. Excellent results are obtained with each of these alkali metals. The use of potassium is cost effective, while the use of cesium improves the selectivity the most. Rubidium improves the catalyst more than potassium. Mixtures of alkali metals can also be broken up »
Die Alkalimetalle finden sich auf den Katalysatoren eher in Form der Kationen als in Form der äusserordentlich aktiven freien Alkalimetalle vor. Andererseits befindet sich Silber auf den Endkatalysatoren als Meta3.1.The alkali metals are more likely to be found on the catalysts in Form of the cations than in the form of the extremely active free ones Alkali metals. On the other hand, silver is found on the final catalysts as Meta3.1.
Die Menge der erfindungngemässen Alkalimetalle auf der Katalysatoroberfläche ist kritisch. Es ist nämlich gefunden worden, dass Mengen unter 0,00OJj g-Äqulvalenten je kg oder über 0,0032 £- Äquivalenten je kg keine echte Verbesserung hervorrufen. Die Al-.The amount of the alkali metals according to the invention on the catalyst surface is critical. It has been found that amounts below 0.00OJj g-equivalents per kg or above 0.0032 £ - Equivalents per kg do not produce any real improvement. The Al-.
kalimetalle liegen daher/in Mengen von O,OOCj55 bis 0,OGjJO ß~ Äquivalente je leg des fertigen Katalysators vor. Bevorzugte MenPotash metals are therefore in quantities from 0.06 to 0.50 Equivalents per leg of the finished catalyst. Preferred Men
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gen liegen im Bereich von 0,0001J bis 0,0027 g-Äquivalente Je kg. Innerhalb dieser Konzentrationsbereiehe können kleinere Veränderungen im Konsentrationsbereich eines jeden der erfindungssemässen Alkalimetalle auftreten, wobei eine optimale Selektivität "erhalten wird, wenn die das betreffende Alkalimetall enthaltenden Katalysatoren bei der partiellen Oxydation von Äthylen zu Äthylenoxid angewendet werden. Es ist deshalb vorteilhaft, den optimalen Konzentrationsbereich der Alkalimetalle auf dem Katalysator für die erfindungsgemässen einzelnen Alkalimetalle gesondert auszudrücken. Par Kalium beträgt die optimale Konzentration des Alkalirnetallber-eiches etwa 0,00077 bis etwa 0,0025 g-Äquivalente je kg Enakatalysator, wobei Mengen von etwa 0,0010 bis etwa 0,0021 g-Äquivalentc je kg Katalysator am meisten bevorzugt sind. Bei Rubidium reicht der optimale Konzentrationsbereich von etwa 0,0006 bis etwa 0,00^0 g-Äquivalente je kg des Endkatalysators, wobei Mengen von etwa 0,00075 bis etwa 0,0027 g-Äquivalente je kg des Endkatalysators am meisten bevorzugt sind. Bei Cäsium reicht der optimale Konzentrationsbereich von 0,00035 bis etwa 0,001.9 S-Äquivalente je kg des Endkatalysators, wobei Mengen von etwa 0,0004 bis etwa 0,0017 g-Äquivalente je kg des Endkatalysators besonders bevorzugt sind.genes are in the range from 0.000 1 J to 0.0027 g-equivalents per kg. Within this concentration range, minor changes in the concentration range of each of the alkali metals according to the invention can occur, with an optimum selectivity "being obtained if the catalysts containing the alkali metal in question are used in the partial oxidation of ethylene to ethylene oxide. It is therefore advantageous to use the optimum concentration range of To express the alkali metals on the catalyst separately for the individual alkali metals according to the invention, the optimal concentration of the alkali metal range for potassium is about 0.00077 to about 0.0025 g-equivalents per kg of ena catalyst, with amounts of about 0.0010 to about 0.0021 g equivalents per kg of catalyst are most preferred For rubidium, the optimum concentration range is from about 0.0006 to about 0.00 ^ 0 g equivalents per kg of final catalyst, with amounts from about 0.00075 to about 0.0027 g -Equivalents per kg of the final catalyst, most preferably s ind. In the case of cesium, the optimum concentration range is from 0.00035 to about 0.001.9 S equivalents per kg of the final catalyst, amounts of from about 0.0004 to about 0.0017 g equivalents per kg of the final catalyst being particularly preferred.
Die Konzentra-tionen der aufgebrachten Alkallmetalle werden nachstehend in Gewichtsprozenten angegeben, bezogen auf den Gesamtkatalysator·. So kann Kalium in Mengen von 0,003 bis 0,009 Gewichtsprozent, insbesondere von O,OOj55 bis 0,0085 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 0,001I- bis 0,008 Gewichtsprozent vorliegen. Rubidium kann in Mengen von 0,0066 bis 0,0248 Gewichtsprozent,The concentrations of the applied alkali metals are given below in percent by weight, based on the total catalyst. Thus, potassium and can be OOj55 to 0.0085 percent by weight, preferably from 0.00 to 0.008 percent by weight 1 I-, in amounts from 0.003 to 0.009 percent by weight, in particular from O,. Rubidium can be used in amounts from 0.0066 to 0.0248 percent by weight,
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insbesondere von 0,0077 bis 0,02^0 und vorzugsweise von 0,0088 bis 0,0232 Gewichfcsprozent verwendet werden. Die Mengen an Cäsium können 0,0026 bis 0,0252 Gewichtsprozent, insbesondere von 0,0028 bis 0,0258 und vorzugsweise von 0,005 bis 0,0226 Gewichtsprozent betragen.in particular from 0.0077 to 0.02 ^ 0 and preferably from 0.0088 up to 0.0232 percent by weight can be used. The amounts of cesium can be from 0.0026 to 0.0252 percent by weight, in particular from 0.0028 to 0.0258 and preferably from 0.005 to 0.0226 percent by weight be.
Es ist zu berücksichtigen, dass die vorgenannten Mengen für Kalium, Rubidium und/oder Cäsium nicht notwendigerweise die Gesamtmengen dieser Metalle sind, die in den Katalysatoren'vorliegen. Die vorstehend angegebenen Mengen der Alkalimetalle beziehen sich auf diejenigen an der Oberfläche des Katalysator5 und sind absichtlich zu den Katalysatoren, und zwar zusammen mit dem Silber, zugegeben worden. Es ist deshalb nicht ungewöhnlich, dass häufig bis zu 1 Gewichtsprozent Alkalimetalle, gewöhnlich Kalium, "im porösen Trägermaterial je nach dessen Herstellungsweise} vorliegt . Alkalimetallmengen, die im Trägermaterial vorliegen, anstatt gleichzeitig mit dem Silber auf der Oberfläche abgeschieden worden zu sein, scheinen nicht zur Leistungsverbesserung derIt must be taken into account that the aforementioned amounts for potassium, rubidium and / or cesium are not necessarily the total amounts of these metals which are present in the catalysts. The amounts of the alkali metals given above relate to those on the surface of the catalyst5 and have been intentionally added to the catalysts, specifically together with the silver. It is therefore not unusual that frequently "is present up to 1 percent by weight of alkali metals, usually potassium in the porous carrier material, depending on its method of production}. Amounts of alkali metals which are present in the carrier material, rather than being deposited simultaneously with the silver on the surface, not seem to improve the performance of the
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erfindungsgemässen Katalysatoren beizutragen und werden bei der Berechnung der Alkalimetallkonzentrationen im allgemeinen vernachlässigt .inventive catalysts to contribute and are in the Calculation of alkali metal concentrations generally neglected.
Die erfindungsgemässen Katalysatoren enthalten vorzugsweise 3 Ms 15 und als besonders vorteilhaft k bis 1J5 Gewichtsprozent Silber als Metall, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators Die Verwendung grösserer Mengen Silber ist möglich, Jedoch im allgemeinen wirtschaftlieh uninteressant. Das Silber wird auf den inneren und äusseren Oberflächen des Trägermaterials niedergeschlagen und sollte möglichst gleichmässig über die gesamten Oberflächen verteilt sein.The catalysts according to the invention preferably contain 3 Ms 15 and, particularly advantageously, k to 15 percent by weight of silver as metal, based on the total weight of the catalyst. The use of larger amounts of silver is possible, but generally economically uninteresting. The silver is deposited on the inner and outer surfaces of the carrier material and should be distributed as evenly as possible over the entire surface.
Die physikalische Form des auf dem Trägermaterial niedergeschlagenen Silbers kann variieren und scheint erfindungsgemäss nicht kritisch zu sein. Sehr gute Ergebnisse werden bei einem erfindungsgemässen Katalysator mit einem kontrollierten Alkalimetallgehalt auf der Oberfläche erhalten, wenn das Silber in Form von gleichmässig verteilten, diskontinuierlichen, festhaftenden," im wesentlichen halbkugeligen diskreten Teilehen mit einem gleichmässigen Durchmesser unter lyu vorliegt. Die besten Ergebnisse werden mit solchen Katalysatoren erhalten, bei denen die Silberteilcnen Durchmesser von 0,1 bis l,u und einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,15 bis 0,75/U aufweisen.The physical form of what is deposited on the substrate Silver can vary and does not appear to be in accordance with the invention to be critical. Very good results are obtained with a catalyst according to the invention with a controlled alkali metal content obtained on the surface when the silver is in the form of evenly distributed, discontinuous, firmly adhering, " essentially hemispherical discrete parts with a uniform diameter under lyu is present. The best results are obtained with catalysts in which the silver particles have a diameter of 0.1 to 1.5 and an average diameter Have diameters in the range from 0.15 to 0.75 / U.
Für das bei den erfindungsgemässen Katalysatoren verwendete Trägermaterial können zahlreiche übliche poröse hitzebeständige Katalysatorträgermaterialien oder handelsübliche MaterialienFor that used in the catalysts of the invention Support material can be numerous conventional porous refractory catalyst support materials or commercially available materials
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verwendet werden, die im wesentlichen in Gegenwart der bei der Oxydation von Äthylen auftretenden Erzeugnissen und Bedingungen inert sind. Derartige übliche Materialien können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein und weisen -vorzugsweise eine grossporige Struktur auf, d.h., dass die Struktur eine Oberflächeare used essentially in the presence of the Oxidation of Ethylene Occurring Products and Conditions are inert. Such common materials can be of natural or synthetic origin and preferably have a large-pore structure, i.e. that the structure has a surface
ρ ρρ ρ
unter 10 m /g und vorzugsweise unter 2 m /g aufweist. Diesebelow 10 m / g and preferably below 2 m / g. These
Trägermaterialien haben typischerweise eine messbare Porosität über 20 Prozent. Sehr geeignete Trägermaterialien basieren auf Silicium- und/oder Aluminiumverbindungen. Beispiele derartiger ; Trägermaterialien sind Aluminiumoxide, z.B. die unter dem Waren- ' zeichen "Alundum" vertriebenen Produkte, Holzkohle, Bimsstein, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Kieselgur, Puller-Erden, Silicium- ■ carbid, poröse Agglomerate von Siliciumdioxid und/oder Siliciumcarbid, ausgewählte Tone,synthetische·oder natürliche Zeolithe, gelartige Metalloxide von Schwermetallen, wie Molybdän oder · : VJoIfram, oder keramische Materialien. Die zur Herstellung der erfindungsgemässen Katalysatoren besonders vorteilhaften hitzebeständigen Trägermaterialien bestehen aus Aluminiumverbindungen, insbesondere mit einem Gehalt an oC-Aluminiumoxid. In diesem Falle werden diejenigen besonders bevorzugt, die eine spezifische Oberfläche von 0,03 bis 1,0 m /g nach dem B.E.T.-Verfahren (vergl. S. Brunauer, P.H. Emmet und E. Teller in J. Am. Chem. Soc. 60 (19^8) Seiten 309 bis ;5l6), und eine messbare Porosität von 25 bis 50 Volumenprozent aufweisen, welch letztere mittels der üblichen Quecksilber- oder Wasseradsorptionsmethode gemessen worden ist.Carrier materials typically have a measurable porosity of over 20 percent. Very suitable carrier materials are based on silicon and / or aluminum compounds. Examples of such ; Carrier materials are aluminum oxides, for example the products sold under the trademark "Alundum", charcoal, pumice stone, magnesium oxide, zirconium oxide, diatomite, puller earths, silicon carbide, porous agglomerates of silicon dioxide and / or silicon carbide, selected clays, synthetic · Or natural zeolites, gel-like metal oxides of heavy metals such as molybdenum or ·: VJoIfram, or ceramic materials. The heat-resistant support materials which are particularly advantageous for the production of the catalysts according to the invention consist of aluminum compounds, in particular with a content of oC aluminum oxide. In this case, those are particularly preferred which have a specific surface area of 0.03 to 1.0 m / g according to the BET method (cf. S. Brunauer, PH Emmet and E. Teller in J. Am. Chem. Soc. 60 (19 ^ 8) pages 309 bis; 516), and have a measurable porosity of 25 to 50 percent by volume, the latter having been measured by means of the usual mercury or water adsorption method.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Zugabe des"besonderen Alkali-The advantages of the inventive addition of the "special alkali
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metalls werden vor allem dann deutlich, wenn bestimmte Arten von <*■-Aluminiumoxid enthaltende Trägermaterialien verwendet werden. Diese cc-Aluminiumoxid-Trägermaterialien besitzen einen vorhältnismässig gleichmässigen Porendurchmesser und können durch die nachstehenden Parameter gekennzeichnet werden:metals are especially evident when certain types of <* ■ -aluminium oxide containing carrier materials can be used. These cc-aluminum oxide support materials have a relatively high uniform pore diameter and can be characterized by the following parameters:
(1) Der B.E.T.-Oberflächenbereich reicht von 0,1 bis 0,8 m /g ,(1) The B.E.T. surface area ranges from 0.1 to 0.8 m / g,
vorzugsweise 0,35 bis 0,6 m "/gjpreferably 0.35 to 0.6 m "/ gj
(2) die messbaren Porositäten liegen im Bereich von 42 bis 56, vorzugsweise von 46 bis 52 Prozent.(2) the measurable porosities are in the range from 42 to 56, preferably from 46 to 52 percent.
Typische Beispiele dieser besonders vorteilhaften c*.-Aluminiumoxld-Trägcrmaterialien sind die "Alundum"-Grade LA-956, LA-5556 und LA-4118, die von der Firma Norton Company verkauft werden. Weitere Einzelheiten dieser Trägermaterialien sind aus der nachstehenden Tabelle I ersichtlich.Typical examples of these particularly advantageous aluminum oxide support materials the "Alundum" grades are LA-956, LA-5556 and LA-4118 sold by Norton Company. Further details of these support materials can be found in the following Table I can be seen.
TrägermaterialCarrier material
LA-956LA-956
LA-5556LA-5556
LA-4118LA-4118
Oberfläche, m /gSurface, m / g
Spezifisches Porenvolumen,. cm Specific pore volume ,. cm
Mittlerer Porendurchmesser, /UMean pore diameter, / U
Prozentualer Anteil der Poren zwischen 1,5 und 15/UPercentage of pores between 1.5 and 15 / U
0,17 0,190.17 0.19
7979
0,240.24
0,25 4,40.25 4.4
8181
0,550.55
0,510.51
5,75.7
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Ohne Rücksicht auf die Art des verwendeten Trägermaterials ist es vorteilhaft, dieses zu Teilchen, Granulaten, Stücken, Pellets, Ringen, Kugeln und dergleichen einer zweckmässigen Grosse für die Verwendung bei Festbett-Anwendungen zu formen. In der Industrie übliche Festbett-Äthylenoxidations-Reaktionsgefässe bestehen typischerweise aus einer Mehrzahl von in einem geeigneten Mantel parallel zueinander angeordneten langen Röhren von etwa 2,5 bis 5j1 cm Durchmesser und 7 bis lh m Länge, die mit dem Katalysator gefüllt sind. Bei diesen Reaktionsgefässen ist es zweckmässig,· ein Trägermaterial mit abgerundeten Formen, wie Kugeln, Pellets, Ringen oder Tabletten, mit einem Durchmesser von 2,5 bis 20,5 rom zu verwenden.Regardless of the type of carrier material used, it is advantageous to shape it into particles, granules, pieces, pellets, rings, spheres and the like of a suitable size for use in fixed bed applications. In the industry standard fixed bed reaction vessels Äthylenoxidations typically consist of a plurality of parallel to each other in a suitable shell arranged long tubes of about 2.5 to 5j1 cm in diameter and 7 to lh m length, which are filled with the catalyst. With these reaction vessels it is advisable to use a carrier material with rounded shapes, such as spheres, pellets, rings or tablets, with a diameter of 2.5 to 20.5 rom.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass ein erfindungsgemäss geeigneter Katalysator aus 1,5'- 20 Gewichtsprozent Silber, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, und aus' 0,000^5 bis 0,00^0 g-Ä'quivalente je kg Katalysator Kalium, Rubidium und/oder Cäsium besteht, die gleichmässig verteilt zusammen mit dem Silber auf die Oberflächen eines porösen hitzebeständigen Trägermaterials aufgebracht worden sind. Bevorzugter ist ein Katalysator, der aus J> bis 15 Gewichtsprozent Silber und aus 0,00C40 bis 0,0027 g-A'quivalente je kg Katalysator. Kalium, Rubidium und/oder Cäsium besteht, die gleichmässig auf innere und äussere Oberflächen eines porösen Aluminiuinoxid-Trägermaterials mit einer Oberfläche von 0,03 bis 2 m/g aufgebracht worden sind. Ein sehr bevorzugter Katalysator besteht aus 4 bis Ij5 Gewichtsprozent Silber in Form von festhaftenden halbkugelförmigen diskreten Teilchen mit einem gleichmässigen Durchmesser unter l/U, die zusammenIn summary, it is stated that a catalyst suitable according to the invention consists of 1.5% to 20% by weight of silver, based on the total weight of the catalyst, and of 0.000 ^ 5 to 0.00 ^ 0 g equivalents per kg of catalyst potassium, rubidium and / or cesium, which have been applied evenly distributed together with the silver to the surfaces of a porous, heat-resistant carrier material. A catalyst is more preferred which consists of > to 15 percent by weight silver and from 0.00C40 to 0.0027 g equivalent per kg of catalyst. Potassium, rubidium and / or cesium, which have been applied evenly to inner and outer surfaces of a porous aluminum oxide carrier material with a surface area of 0.03 to 2 m / g. A very preferred catalyst consists of 4 to 15 percent by weight of silver in the form of firmly adhering hemispherical discrete particles with a uniform diameter of less than 1 / rev, which together
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mit 0,0004 bis 0,0019 g·-Äquivalente je kg von Kalium, Rubidium und/oder Cäsium sleichniässig über die inneren und äusseren Oberflächen eines c<.-Alu]:iiniumoxid-Trägermaterials mit einer speslfischen Oberfläche von 0,1 bis 0,8 m /g, gemessen nach der B.E.T.· Methode, aufgebracht worden sind.with 0.0004 to 0.0019 g · equivalents per kg of potassium, rubidium and / or cesium evenly over the inner and outer surfaces of a c <.- Alu]: iinium oxide carrier material with a speslfischen Surface from 0.1 to 0.8 m / g, measured according to the B.E.T. Method that have been applied.
Es ist klar, dass'der erfindungsgemässe Katalysator derart hergestellt werden muss, dass eine gleichzeitige Abscheidung von Silber und des gewünschten Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle auf die Katalysatorträgeroberflächen erfolgt, da gefunden wurde, dass die gleichzeitige Abscheidung mit Silber für die Wirksamkeit der Alkalimetallzusätze kritisch ist.It is clear that the catalyst according to the invention is produced in this way must be that a simultaneous deposition of silver and the desired alkali metal or the alkali metals on the catalyst support surfaces as it has been found that simultaneous deposition with silver is essential for effectiveness the alkali metal additives is critical.
Es sind zahlreiche Verfahren für das Aufbringen von Silber auf Trägermaterialien bekannt. Das Trägermaterial kann z.B. mit einer wässrigen Lösung von Silbernitrat imprägniert und getrocknet werden. Anschliessend wird das Silber mit Wasserstoff oder Hydrazin reduziert, wie es j η der USA-Patentschrift 5 575 888 beschrieben ist. Das Trägermaterial kann auch mit einer ammoniakalischen Silberoxalat- oder -carbonatlösung imprägniert werden. Durch thermisches Zersetzen des Oxalats wird die metallische Silberabscheidung gebildet. Weiterhin kann das Trägermaterial mit besonderen wässrigen Silbersalzlösungen und Gemischen von Ammoniak, vicinalen Alkanolaminen und vicinalen Alkyldiami'nen imprägniert und dann thermisch behandelt werden, wie es im Patent ..... '(Patentanmeldung P 21 59 546.4-41) beschrieben ist. Andere mögliche Verfahren zum Aufbringen von Silber bestehen im Imprägnieren eines Trägermaterials mit einer A'thanolamin enthaltendenNumerous methods are known for applying silver to carrier materials. The carrier material can e.g. aqueous solution of silver nitrate to be impregnated and dried. Then the silver is mixed with hydrogen or hydrazine reduced as described in US Pat. No. 5,575,888 is. The carrier material can also be impregnated with an ammoniacal silver oxalate or carbonate solution. By Thermal decomposition of the oxalate forms the metallic silver deposit. Furthermore, the carrier material with special aqueous silver salt solutions and mixtures of ammonia, are impregnated with vicinal alkanolamines and vicinal alkyldiamines and then thermally treated, as described in the patent ..... '(Patent application P 21 59 546.4-41) is described. Other possible Processes for applying silver consist in impregnating a carrier material with an ethanolamine-containing one
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Lösung eines Silbersalzes und anschliessendem Reduzieren, wie es ■in der japanischen Patentschrift 19 606/1971 beschrieben ist, oder durch Zugabe einer Aufschlämmung feinteiligen Silber carbon?·, ts auf ein Trägermaterial und thermisches Zersetzen, wie es in der USA-Patentschrift 3 Q4J 854 beschrieben ist. Bei diesen Verfahren wird Silber'auf das Trägermaterial aufgebracht, wenn das Träger- · material mit einer flüssigen Phase, entweder einer Silbersalzlösung oder einer Aufschlämmung von Silberteilchen, in Berührung gebracht wird. Bei diesen Verfahren besteht eine ausgezeichnete Methode für die Zugabe der gewünschten Alkalimetalle, welche eine gleichzeitige Ausfällung mit Silber erlaubt, darin, diese Alkalimetalle in Form geeigneter Salze in der flüssigen Phase in einer solchen Menge zu lösen, dass man die erforderliche Menge Alkalimetall auf dem fertigen Katalysator erhält, wenn die Lösung mit dem Trägermaterial in Berührung gebracht wird. Geeignet sind im allgemeinen alle Alkalimetallsalze, welche in der flüssigen Phase löslich sind, aus der das Silber abgeschieden werden soll. Diesbezüglich wird bei der Verwendung üblicher Anionen bei den Alkalimetallsalzen keine ungewöhnliche Wirksamkeit beobachtet. Beispiele für solche Anionen sind Nitrate, Ni-,. trite, Chloride, Jodide, Bromide, Bicarbonate,, Oxalate, Acetate, Tartrate, Laetate, Isopropoxide und ähnliche übliche Alkalimetallsalze. Man muss natürlich solche Alkalimetallsalze vermeiden, die mit dem in der flüssigen Phase vorliegenden Silber reagieren, die also Silbersalze vorzeitig aus einer Imprägnierungiösung ausfallen lassen. Zum Beispiel darf kein Kaliumchlorid bei Imprägnierverfahren verwendet werden, bei denen eine wässrige Silbernitratlösung verwendet wird. Doch kann es zweck-Solution of a silver salt and subsequent reduction, as described ■ in Japanese Patent 19 606/1971, or by adding a slurry of finely divided silver carbon? ·, ts on a carrier material and thermal decomposition, as described in US Pat. No. 3Q4J854. In these procedures silver is applied to the carrier material if the carrier material in contact with a liquid phase, either a silver salt solution or a slurry of silver particles is brought. There is an excellent one in these methods Method for adding the desired alkali metals, which allows simultaneous precipitation with silver, in dissolving these alkali metals in the form of suitable salts in the liquid phase in such an amount that the required Amount of alkali metal on the finished catalyst is obtained when the solution is brought into contact with the support material. In general, all alkali metal salts which are soluble in the liquid phase from which the silver is deposited are suitable shall be. In this regard, using common anions with the alkali metal salts does not become unusually effective observed. Examples of such anions are nitrates, Ni-,. trite, chlorides, iodides, bromides, bicarbonates, oxalates, acetates, Tartrates, laetates, isopropoxides and similar common alkali metal salts. One must of course avoid such alkali metal salts as those with the silver present in the liquid phase react, i.e. the silver salts prematurely from an impregnation solution fail. For example, potassium chloride must not be used in impregnation processes where a aqueous silver nitrate solution is used. But it can be
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mäncigorweise bei selchen Verfahren Anwendung finden, die mi L . '■' einer wässrigen Lösung eines Silboraminltomplexes arbeiten, aus "V denen SJiberchlorM nicht ausfällt. _ ' "\ Manifestly are used in such procedures, which mi L. '■' work an aqueous solution of a silboramine complex, from which SJiberchlorM does not precipitate. _ '"\
■■■* Gcigoii3tirj.il der Erfindung, ist daher weiterhin ein VoriXhrcn zur . ■'<■ " Herstellung der Silberkatalysatoren, wobei eine Abscheidung von -· ^, Silber auf die Oberflächen von porönen, -riit^ebeständigen Träger-„ "V materialien erfolgt, das. dadurch gekennzeichnet ist, dass die ( "'v Oberflächen des Träger;.·!.;: terials m±p einer .'Jlösung imprägniert , ' :'"*' werden, die ein Lösungsmittel und eine für eine bis 20 Gevricnt^*-^; prozeiTC J" yilberubscheidung auf das TrägormateriPl aussei-· ■ ^.'V chenc1«- Menge Silbersalz soviie eine für eine 0,0OCJp bis 0,0030 £-' -^ Squivalento jo kg Ka t al y r. ti t or/ Aus ο hei dung an Kaljuin-j Rubidiumu:i:l/oder CUsiumlonen auf das Tr-äüerjriaterlr.l ausreichenden Menge r.iiuclestenr. einer -Kalium-, Rubidium- und/oder ---^ Cär.iujr.yerbiUi'-iung enthält, darai das imprägnierte Trag'irmaterial von eier übc:rc.chü:;,sigen Inprägnierlösung abtrennt 'und anschlir.n- ' send cir-s Silbersalz xu Silber reduziert. ■■■ * Gcigoii3tirj.il the invention, is therefore still a precedent for. ■ '<■ "preparation of silver catalysts, wherein a separation of - · ^, silver on the surfaces of porönen, -riit ^ ebeständigen carrier". "V materials takes place, which is characterized in that the (' 'surfaces of the v !.. support; ·; impregnated terials m ± p a .'Jlösung, "are * 'that and a solvent for one to 20 Gevricnt ^ * - ^; prozeiTC J" aussei- yilberubscheidung the TrägormateriPl'' · ■ ^. 'V chenc 1 «- amount of silver salt asiie one for a 0.0OCJp to 0.0030 £ -' - ^ Squivalento jo kg of Ka t al y r. Ti t or / Aus ο called an Kaljuin-j Rubidiumu The impregnated carrier material contains a sufficient amount of potassium, rubidium and / or carbon ions on the carrier material von eier überc: rc.chü:; 'sigen impregnation solution separated' and then 'send cir-s silver salt xu silver reduced.
Geeignete T»apr-ilgnierlÖ£:uiigen enthalten z.B. '·) bis ^O Gewicht.?»- pro.v.ent Si.lbersalk'. und 0,0023 bis 0,05 Gewichtsprozent dos ge- .■ wünschton Alkalimetalle bzw. der AllaÖ.irnetv.lle. , *. -Suitable T "apr-ilgnierlÖ £: uiigen contain, for example '*) to ^ O Gewicht.?»- pro.v.ent Si.lbersalk'. and 0.0023 to 0.05 percent by weight of the desired ■ alkali metals or the AllaÖ.irnetv.lle. , *. -
DJe £'.':xgcwondetcn genauon Konzentrationen könnon 'im airgemeinen Vorvfi-cuche erfordern, da die aus der Lösung abgeschiedene AlkcJ'.lmetallmengej die kritic-.ch ir;t^ teilweise von d.er% PoronltKt den verwendeten TrMgerm&t^rials abhängt. Andererseits sind Verfahren zum Variieren der abgeschiedenen Silber- und/oder AIkaIimotalinicngen cbciBo üblich wie die analytische Bestimmung der Menge' der- "- '.' DJE £: xgcwondetcn genauon concentrations könnon 'in airgemeinen Vorvfi-cuche require, since the deposited from the solution AlkcJ'.lmetallmengej the kritic-.ch ir; ^ t depends in part on the d.er% PoronltKt used TrMgerm t ^ rials . On the other hand, methods for varying the deposited silver and / or alkali totalinic genes cbciBo are common, such as the analytical determination of the amount of 'der- "-
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tatsächlich niedergeschlagenen Materialien.actually deposited materials.
Die Erfindung umfasst auch einThe invention also includes a
wahlweise anzuwendendes und besonders bevorzugtes Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden von Silber und Alkalimetall bzw. Alka- ' limetallen auf die Trägeroberfläche, das eine einfache Kontrollmassnahme für die Menge des innerhalb der erfindungsgemässen Grenzen abgeschiedenen Alkalimetalle gestattet, d.h. von 0,00035 bis 0,00^0 g-Ä'quivalente je kg des Endkatalysators. Dieses Verfahren besteht in einer Abscheidung einer grösseren als erforderlichen Menge des gleichzeitig mit dem Silber abgeschiedenen Alkalimetalls nach dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren, wobei anschliessend die derart hergestellten Katalysatorteilchen mit einem wasserfreien' Alkanol mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen in Berührung gebracht werden. Die erfindungsgemässen Alkalimetalle sind bis zu einem ausreichenden Mass in den beschriebenen Alkanolen löslich, so dass eine oder mehrere Waschen mit den Alkanolen selektiv einen Überschuss des gleichzeitig mitausgefällten Alkalimetalls entfernen, so dass die auf der Trägeroberfläche unverändert zurückbleibende Menge innerhalb des er- <■ f indungsgemäss kritischen Konzentrationsbereichs liegt. Dieses Verfahrenermcglidit eine einfache Einstellung der Alkalimetallkonzentration, ausgehend von überschüssigen Mengen-gegenüber jenen, wie sie erfindungsgemäss beschrieben sind, - gleichgültig ob der Überschuss absichtlich oder versehentlich aufgebracht wurde - auf die bestimmten Konzentrationen innerhalb der durch die Erfindung gegebenen Grenzen, wobei dieses Verfahren auch im grösseren Fabrikationsmaßstab leicht anwendbar ist.Optionally applicable and particularly preferred method for the simultaneous deposition of silver and alkali metal or alkali ' lime metals on the carrier surface, which is a simple control measure allowed for the amount of alkali metal deposited within the limits of the present invention, i.e. from 0.00035 up to 0.00 ^ 0 g equivalents per kg of the end catalyst. This method consists in the deposition of a larger than required amount of the deposited simultaneously with the silver Alkali metal according to the general procedure described above, the catalyst particles thus produced with an anhydrous alkanol having 1 to 2 carbon atoms be brought into contact. The alkali metals of the present invention are to a sufficient extent in those described Alkanols soluble, so that one or more washes with the alkanols selectively an excess of the simultaneously co-precipitated Remove the alkali metal so that the amount remaining unchanged on the carrier surface is within the <■ is found in accordance with the critical concentration range. This Process allows easy adjustment of the alkali metal concentration, starting from excess quantities - compared to those as they are described according to the invention, - regardless of whether the Excess was applied intentionally or inadvertently - to the specific concentrations within the range specified by the invention given limits, this process also being used on a larger scale is easily applicable.
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Die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsforra wird nachstehend näher erläutert. Nach einer thermischen Behandlung zur Zersetzung der Silberverbindung in Silber wird der Katalysator mit einem niederen Alkanol mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen, d.h. Methanol oder Äthanol, in Berührung gebracht. An Stelle jedes einzelnen Alkanols kann man auch deren Gemische einsetzen. Geringe Mengen, wie bis zu 5 Volumenprozent, anderer Substanzen können vorhanden sein, z.B. Benzol in denaturierenden Mengen in Äthanol. Vorzugsweise sind die zu verwendenden Alkanole im wesentlichen wasserfrei, Grössere Mengen Wasser müssen vermieden werden. Die während des Inberührungbringens mit dem Alkanol angewendete Temperatur ist nicht kritisch. Die günstigsten Ergebnisse werden erhalten, wenn erwärmtes Alkanol von etwa 40 C bis zum Siedepunkt des Alkanols verwendet wird. Höhere oder niedrigere Temperaturen sind ebenfalls wirksam. Die Menge des angewendeten Alkanols kann variieren. Bei einer absatzweisen Behandlung ist es im allgemeinen zweckmässig, mindestens so viel Alkanol einzusetzen, dass der Katalysator vollständig eingetaucht ist. Noch bessere Ergebnisse werden beim absatzweisen Arbeiten erhalten, wenn der Katalysator 2- bis 4- und am zweekmässigsten j5-mal in frisches Alkanol eingetaucht wird. Jedes Iriberührungbringen dauert typischerweise etwa 5 bis 30 Minuten, obwohl diese Zeit nicht kritisch zu sein scheint. Es ist jedoch offensichtlich,dass die hier beschriebene diskontinuierliche Arbeitsweise ohne weiteres auf eine kontinuierliche Arbeitsweise übertragen werden kann. Im Anschluss an · das Inberührungbringen mit Alkanol muss der Katalysator vom Alkanol abgetrennt werden. Dies erfolgt im allgemeinen durch eine Trennung des gesamten Ansatzes, wie durch Sieben oder Abziehen derThe preferred embodiment described above is explained in more detail below. After a thermal treatment to decompose the silver compound into silver, the catalyst is brought into contact with a lower alkanol having 1 or 2 carbon atoms, ie methanol or ethanol. Mixtures of these can also be used in place of each individual alkanol. Small amounts, such as up to 5 percent by volume, of other substances may be present, for example benzene in denaturing amounts in ethanol. The alkanols to be used are preferably essentially anhydrous; larger amounts of water must be avoided. The temperature used during contact with the alkanol is not critical. The best results are obtained when heated alkanol at about 40 C to the boiling point of the alkanol is used. Higher or lower temperatures are also effective. The amount of alkanol used can vary. In the case of batch treatment, it is generally advantageous to use at least enough alkanol that the catalyst is completely immersed. Even better results are obtained when working in batches if the catalyst is immersed 2 to 4 times and, if possible, 2 times 5 times in fresh alkanol. Each touch typically takes about 5 to 30 minutes, although this time does not appear to be critical. It is obvious, however, that the discontinuous mode of operation described here can easily be transferred to a continuous mode of operation. After it has been brought into contact with alkanol, the catalyst must be separated off from the alkanol. This is generally done by separating the entire batch, such as by sieving or draining the
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Flüssigkeit oder durch Trocknen, wie Erhitzen oder überleiten grosser Mengen eines troeknaidenGases, wie Luft, Stickstoff, Methan, Äthylen oder dergleichen, über den Katalysator. Dieses Trocknen muss jedoch vollständig durchgeführt werden, denn zurückbleibendes Alkanol beeinträchtigt die Bildung von Sthylenoxid sehr stark.Liquid or by drying, such as heating or transferring large quantities of troeknaid gas, such as air, nitrogen, Methane, ethylene or the like, over the catalyst. This However, drying must be carried out completely, since remaining alkanol affects the formation of ethylene oxide very strong.
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Die erfindungsgemässe Zugabo von Alkalimetallen ist besonders wirksam, wenn sie in Verbindung mit Herstellungsverfahren für die Silberkatalysatoren er folgt, bei derendas Silber auf das Trägermaterial aus einer basisdien Lösung,insbesondere aus einer Stickstoffverbindungen enthaltenden basischen Lräur^aufgebracht wird. Beispiele derartiger Stickstoffverbindungen sind Ammoniak, Alkylamine. und Alkanolamine.The addition of alkali metals according to the invention is special effective when in conjunction with silver catalyst manufacturing processes in which the silver is applied to the Carrier material from a basic solution, in particular from a Basic Lräur ^ containing nitrogen compounds is applied. Examples of such nitrogen compounds are ammonia and alkylamines. and alkanolamines.
Nach einer bevorzugten Aus führungs form werde" rlie erfindungsgemässen Katalysatoren dadurch hergestellt, dassAccording to a preferred embodiment, the invention is based on the invention Catalysts produced in that
(A) auf ein poröses Aluminium enthaltendes Trägermaterial(A) on a porous aluminum-containing support material
J) bis 15 Gewichtsprozent Silber in Form eines wasserlöslichen Silbersalzes und 0,00035 bis 0,00^0 g-Ä'quivalente Je kg von Kalium, Rubidium und/oder Cäsium in Form wasserlöslicher Salze dadurch aufgebracht werden, dass das Trägermaterial mit einer alkalischen wässrigen Lösung von Silber- und Alkalimetallsalzen in Berührung gebracht wird und dass J) up to 15 percent by weight of silver in the form of a water-soluble silver salt and 0.00035 to 0.00 ^ 0 g-equivalents per kg of potassium, rubidium and / or cesium in the form of water-soluble salts are applied in that the carrier material with an alkaline aqueous solution of silver and alkali metal salts is brought into contact and that
(B) das Produkt der Stufe (A) bei Temperaturen von 100 bis 5000C in Gegenwart eines Reduktionsmittels eine ausreichende Zeit gehalten wird, um im wesentlichen die gesamten Silbersalze in Silber zu überführen.(B) the product of stage (A) is held at temperatures of 100 to 500 ° C. in the presence of a reducing agent for a time sufficient to convert essentially all of the silver salts into silver.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Aluminiumoxid-Trägermaterial mit bestimmten wässrigen Lösungen imprägniert, die sowohl Alkalimetall- als auch Silbersalze enthalten. Anschliessend wird das Silbersalz thermisch reduziert. Die Imprägnier-In a preferred embodiment, an alumina support material is used impregnated with certain aqueous solutions containing both alkali metal and silver salts. Afterward the silver salt is thermally reduced. The impregnation
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lösung enthält :solution contains:
A. ein Silbersalz einer Carbonsäure,A. a silver salt of a carboxylic acid,
B. ein lösung«vermittelndes oder Komplexe bildendes und auch als Rediikirionsmltte.l dienendes organisches An;:Ln,B. a solution that mediates or forms complexes and also serving as a Rediikirionsmltte.l organic An;: Ln,
C. ein Kalium-·, Rubidium- und/oder Cäsiunisalz undC. a potassium, rubidium and / or cesiuni salt and
D. ein wässriges Lösungsmittel.'D. an aqueous solvent. '
Beispiele von zu verwendenden geeigneten Silbersalzen von Carbonsäuren und von losungr.verrnittelnden oder Komplexe bildenden und auch als Reduktionsmittel dienenden organischen Aminen sowie von wässrigen Lösungsmitteln sind im Patent ..... (Patentanmeldung P 21 59 ^-6Ji-1Il) beschrieben.Examples of suitable silver salts of carboxylic acids to be used and of organic amines which form solvents or form complexes and also serve as reducing agents, as well as of aqueous solvents are described in the patent ..... (patent application P 21 59 ^ -6J- 1 II).
Alkalimetallsalze von anorganischen und organischen Carbonsäuren können . . angewendet werden. Es ist häufig zweck-. massig., als Alkalimetallsalze Salze von solchen Carbonsäuren zu verwenden, die auch dem Silbersalz zu Grunde liegen. Zum Beispiel verwendet ns.n Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiutrioxalat, wenn Silberoxalat .als AusgangsVerbindung für Silber verwendet wird.Alkali metal salts of inorganic and organic carboxylic acids can. . be applied. It is often purposeful. massive., as alkali metal salts salts of such carboxylic acids to use, which are also the basis of the silver salt. For example, ns.n uses potassium, rubidium and / or cesiutrioxalate when Silver oxalate is used as a starting compound for silver.
Es ist bereits darauf hingewiesen worden, dass es wesentlich -ist, dass nur ganz bestimmte Mengen der drei Alkalimetalle vorliegen. Diese Mengen-können-entweder durch eine gesteuerte Zugabe des Alkaliiiietallsalses oder der Alkalirnetallsalze zu einer Alkalimetallsalz-freien oder eine unzureichende Menge von Alkali i-It has already been pointed out that it is essential that only very specific amounts of the three alkali metals are present. These quantities-can-either by a controlled addition of the Alkaliiiietallsalses or the alkali metal salts to an alkali metal salt-free or an insufficient amount of alkali i-
>cr^"'ha_lJ;endeni_Sil_l^e rsalzlöoung/ metallsalz oder AlkalimetalTeäTzerx/öcIer durch em gesteuertes Entfernen von Alkalimetallsalz oder Alkalimetallsalzen aus einer> cr ^ "'ha_lJ; ends i _Sil_l ^ e rsalzlöoung / metal salt or AlkalimetalTeäTzerx / öcIer by em controlled removal of alkali metal salt or alkali metal salts from a
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KU viel ■ Alkaliir.et:-iXlsal2 oder Alkalimetall;-^Xze enthaltenden / bzw. von der Trägüi-oberfläche nach einem Aufbringen grossererals erforderlicher Mengen Alkalimetall?. erreicht werden.KU much ■ Alkaliir.et :-iXlsal2 or alkali metal; - ^ Xze containing / or from the carrier surface after an application greater than required amounts of alkali metal ?. can be achieved.
Zum Beispiel kann eine Kalium enthaltendeFor example, a potassium containing
Silberoxalstlcsung nach zwei Verfahren hergestellt werden. Binma-1 kann Silbercici d mit einem Gemisch von Ethylendiamin und Oral säure ULv-^Citst v.'orden, v;oh-i mn η eine Lösung mit einem Gehalt an einem Silberoxalat-A'tliylendiamin-Komplex erhält, zu der dann eine kontrol3'ierte Menge von Kaliutn -und gegebenenfalls anderen Aminen.« wie Ethanolamin, zugegeben'wird. Zum zweiten kann man Silbercxalat aus einer Lösung von Kaliumoxalat und Silbernitrat ausfällen und den Niederschlag wiederholt waschen, um die anhaftenden ?Ialitin:?al/ie zu entfernen, bis der gevaJnsehto Kai iumgehalt erreicht ist. Dar; Kalium enthaltende Silberoxalat kann dann mit Ammoniak und/oder Aminen in Lömmg gebracht werden.Silberoxalstlcsung can be produced by two processes. Binma-1 can be made with a mixture of ethylenediamine and silver cici Oral acid ULv- ^ Citst v.'orden, v; oh-i mn η a solution with a content on a silver oxalate-a'tliylenediamine complex, to which then a controlled amount of potash and possibly others Amines. ”How ethanolamine is 'added'. Second, can one silver oxalate from a solution of potassium oxalate and silver nitrate precipitate and wash the precipitate repeatedly in order to remove the adhering? Ialitin:? al / ie until the gevaJnsehto Kai ium content is reached. Dar; Potassium containing silver oxalate can then brought into Lömmg with ammonia and / or amines.
Ψ-ζιχη das Trägermaterial mit den vw^enanrit-en Lösunsen zuB-rt Cebracht v.Tiftl, scheiden sich sowohl Silber als auch Alkalimetall bzw. Alkalimetalle gleichzeitig in Form ihrer entsprechenden SaI& Ψ-ζιχη the carrier material with the vw ^ enanrit-en solutions zuB-rt C brought v. T iftl, both silver and alkali metal or alkali metals separate at the same time in the form of their corresponding salt
auf den Träüoroberf3 äohen ?"^->.on the treacherous surface? "^ ->.
Pas imprügnier-te Tracer-material wird dann auf Temperaturen von 100"bis 57!30C, vor£U£äuoise 125 täs 525°C,· eine zur Zersetzung der Silbersalse erforderliche Zeit, insbesondere JO Minuten bis δ Stunden, erhitzt, v.-obei sich ein festhn.Pt^nüer Niederschlag von metallischen rdlbcrteilchen auf d'er Oberfläche ausbildet. .Niedrigere Temperaturen sollten vermieden werden, da sie keine entsprechende "Zersetzung der Silbersalze bewirken. Ep können ,Jedoch verschiedene Temperaturbereiche zur Zersetzung der Silbersalze angewendet werden.The impregnated tracer material is then heated to temperatures of 100 "to 57! 3 0 C, before £ u euoise 125 to 525 ° C, a time required for the decomposition of the silver salt, in particular 50 minutes to δ hours, v.-even though a solid deposit of metallic dust particles forms on the surface. Lower temperatures should be avoided, as they do not cause a corresponding "decomposition of the silver salts. Ep, however, different temperature ranges can be used for the decomposition of the silver salts.
ORIGINALORIGINAL
Gegebenenfalls kann, eine Lösung des Silberoxalat-A'thylendiamin-Komplexes, die grössere als erforderliche Mengen Alkalimetall enthält, angewendet werden. In diesem Falle erfolgt eine Herabsetzung der Alkalimetallkonzentration nach der Zersetzung auf dem Trägermaterial und nach einer anschliessenden thermischenIf necessary, a solution of the silver oxalate-ethylenediamine complex, which contains larger than required amounts of alkali metal, can be used. In this case there is a reduction the alkali metal concentration after decomposition the carrier material and after a subsequent thermal
vzu überführen,, Behandlung, um die Silberverbindung in metallisches Silber7'durch Inberührungbringen des Trägermaterials mit einem niederen Alkanol, d.h. -Methanol oder A'thanol, gemäss dem zuvor beschriebenen allgemeinen Verfahren. v to transfer, treatment to convert the silver compound into metallic silver7 'by bringing the carrier material into contact with a lower alkanol, ie -methanol or ethanol, according to the general procedure described above.
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i/vrenn die erfindungsgemässe Alkalimetall-Zugabe gemäss der am meisten bevorzugten Silberabscheidungsmethode angewendet wird, enthält der erha.ltene Silberkatalysator das Silber in einer wünschenswerten feinverteilten gleichmässigen Teilchenform.is i / r v f the inventive alkali metal addition in accordance with the most preferred silver deposition method is used, the erha.ltene silver catalyst contains silver in a desirable finely divided uniform particle shape.
Die erfindungsgemässen Alkalimetalle enthaltenden Silberkatalysatoren wirken besonders selektiv bei der unmittelbaren Oxydation von Äthylen mit molekularem Sauerstoff zu Äthylenoxid. Die Bedingungen zur Durchführung einer derartigen Oxydation in 'Gegenwart von Silberkatalysatoren*nach der Erfindung entsprechen im weitesten Sinne denjenigen, die bereits im S^riä der Technik beschrieben sind. Insbesondere gilt dies z.B. für geeignete Temperaturen, Drücke, Verweilzeiten, Verdünnungsmittel, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Dampf, Argon, Methan oder andere gesättigte Kohlenwasserstoffe, die Gegenwart oder Abwesenheit von Dämpfungsmitteln zur Steuerung der katalytischer! Wirkung, wie 1,2-Dichloräthan, Vinylchlorid oder chlorierte Polyphenylverbindungen, ferner die Möglichkeit zur Führung der Reaktionsteilnehmer im Kreislauf oder Anwendung anschliessender Umwandlungen in anderen Reaktionsgefässen, um die Ausbeuten an Äthylenoxid zu erhöhen, sowie andere besondere Massnahmen, die bei Verfahren zur Herstellung von Äthylenoxid ausgewählt werden können. Im allgemeinen \ierden Drücke im Bereich von Normaldruck bis etwa j55 at angewendet. Höhere Drücke sind jedoch keinesfalls ausgeschlossen. Der als Reaktionsteilnehmer verwendete molekulare Sauerstoff kann aus üblichen Ausgangsverbindungen erhalten werden, Eine geeignete Sauerstoffbeschickung kann im wesentlichen aus verhältnismässig reinem Sauerstoff, einem konzentrierten Sauer-The silver catalysts containing alkali metals according to the invention act particularly selectively in the direct oxidation of ethylene with molecular oxygen to ethylene oxide. The conditions to carry out such an oxidation in the 'presence of silver catalysts * according to the invention correspond to broadest sense those already described in the S ^ riä der Technik are. This applies in particular to suitable temperatures, pressures, residence times, diluents such as nitrogen, Carbon dioxide, steam, argon, methane or other saturated hydrocarbons, the presence or absence of damping agents to control the catalytic! Effect, like 1,2-dichloroethane, Vinyl chloride or chlorinated polyphenyl compounds, also the possibility of guiding the reactants in the Circulation or application of subsequent conversions in other reaction vessels to increase the yields of ethylene oxide, as well as other special measures that can be selected in processes for the production of ethylene oxide. In general The pressures in the range from normal pressure to about 55 atm are applied. However, higher pressures are by no means excluded. The molecular one used as the reactant Oxygen can be obtained from common starting compounds, A suitable oxygen charge can essentially consist of relatively pure oxygen, a concentrated acidic
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stoffstrorn mit einer grösseren Menge Sauerstoff und geringeren Mengen an wenigstens einem Verdünnungsmittel, wie Stickstoff, Argon USV/., oder aus einem anderen Sauerstoff enthaltenden Strom, wie Luft, bestehen. Es ist doshalb ersichtlich, dass die Verwendung der erfindungsgemässen Silberkatalysatoren bei Äthylenoxydationsverfahren in keiner Weise auf die Anwendung bestimmter Bedingungen aus dem Gesamtbereich solcher beschränkt ist, die als wirksam bekannt sind.material flow with a larger amount of oxygen and less Amounts of at least one diluent, such as nitrogen, argon USV /., Or from another oxygen-containing stream, like air. It can therefore be seen that the use of the silver catalysts according to the invention in ethylene oxidation processes is in no way limited to the application of certain conditions from the full range of those as are known to be effective.
Bei einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemässen Silberkatalysatoren wird Ä'thylenoxid dadurch erzeug«, dass ein aus Luft gewonnenes und über 95 Prozent Sauerstoff enthaltendes Gas mit Äthylen in Gegenwart der Silberkatalysatoren bei einer Temperatur im Bereich von 210 bis 285°C, vorzugsweise 225 bis 270 C, in Berührung gebracht wird. - - -In a preferred application of the silver catalysts according to the invention Ethylene oxide is produced by the fact that a Gas obtained from air and containing over 95 percent oxygen with ethylene in the presence of the silver catalysts at one temperature in the range from 210 to 285 ° C, preferably 225 to 270 C, is brought into contact. - - -
Unter Verwendung der erfindungsgemässen Silberkatalysatoren bei Äthylenoxydationsverfahren, bei denen ein Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem Äthylen enthaltenden Gas bei Äthylenoxydationsbedingungen in Berührung gebracht wird, werden Gesamtäthylen-Oxydationsselektivitäten zu Äthylenoxid bei einer gegebenen Äthylenumwandlung erhalten, die höher als jene Selektivitäten sind, die bei üblichen Katalysatoren möglich getvesen sind.Using the silver catalysts according to the invention in Ethylene oxidation processes in which an oxygen-containing gas is mixed with an ethylene-containing gas under ethylene oxidation conditions is contacted, total ethylene oxidative selectivities to ethylene oxide at a given Obtain ethylene conversion that are higher than those selectivities that are getvesen possible with conventional catalysts.
Obwohl'ein Grund für diese mit den erfindungsgemässen Katalysatoren beobachteten Selektivitäten noch nicht ganz erkennbar ist, so ist doch zu vermerken, dass Untersuchungen* ergeben haben,dass übliche -Silberkatalysatoren, die also keine Alkalimetalle in den erfindungsgemäss angegebenen Mengen enthalten, eine ZersetzungAlthough'a reason for this with the catalysts according to the invention observed selectivities are not yet fully recognizable, it should be noted that investigations * have shown that Usual silver catalysts that do not contain any alkali metals in the according to the invention contain specified amounts, a decomposition
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des Ä'thylenoxids nach dessen Bildung' verursachen, während die erfindungsgemässen Silberkatalysatoren, die also 0,000^5 bis 0,0030 g-Ä'quivalente je kg mitausgefällte Alkalimetalle enthalten, keinerlei messbs,re Ä'thylenoxidzersetzung hervorrufen.of Ä'thylenoxids after its formation 'cause, while the silver catalysts according to the invention, which therefore contain 0.000 ^ 5 to 0.0030 g-equivalents per kg of co-precipitated alkali metals, do not cause any messbs, real ethylene oxide decomposition.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.The examples illustrate the invention.
Beispiel 1example 1
Der Katalysator A nach vorliegender Erfindung wird wie folgt hergestellt. Als Trägermaterial für den Katalysator wird "Alundum", LA-5556, der Firma Norton Company verwendet. Dieses Trägermaterial besteht aus Ringen aus 06-Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 8 mm. Dieses Trägermaterial enthält 99*3"Gewichtsprozent <*--Aluminiumoxid, 0,4 Prozent Siliciumdioxid und 0,3 Pro-The catalyst A of the present invention is as follows manufactured. "Alundum", LA-5556, from Norton Company is used as the support material for the catalyst. This Support material consists of rings made of 06 aluminum oxide with a Diameter of 8 mm. This carrier material contains 99 * 3 "percent by weight <* - aluminum oxide, 0.4 percent silicon dioxide and 0.3 per-
zent anderer Metalloxide und weist eine Oberfläche von 0,24 m /g und eine messbare Porosität von 48 bis 49 Volumenprozent auf. Dieses Trägermaterial hat einen mittleren Porendurchmesser voncent of other metal oxides and has a surface area of 0.24 m / g and a measurable porosity of 48 to 49 percent by volume. This carrier material has an average pore diameter of
4.4 zu, wie mittels der Quecksilber-Porosimetrie bestimmt worden ist. 80 Prozent der Poren weisen einem Durchmesser im Bereich von4.4 as determined by mercury porosimetry is. 80 percent of the pores have a diameter in the range of
1.5 bis 15/U auf.1.5 to 15 / rev.
Das Trägermaterial wird mit einer wässrigen Lösung eines Silbersalzes imprägniert, die eine kontrollierte Menge Kalium enthält. Diese Lösung wird wie folgt hergestellt: Analysenreines Silberoxid wird mit einer wässrigen Lösung von analysenreiner Oxalsäure vermischt, die in Athylendiamin gelöst ist, wobei sich eine etwa 2 molare Lösung von Ag0(EN)9C0Oi, (EN = Athylendiamin) bildet.The carrier material is impregnated with an aqueous solution of a silver salt that contains a controlled amount of potassium. This solution is prepared as follows: Analytically pure silver oxide is mixed with an aqueous solution of analytically pure oxalic acid which is dissolved in ethylene diamine, forming an approximately 2 molar solution of Ag 0 (EN) 9 C 0 Oi, (EN = ethylene diamine).
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Dann werden 10 Volumenprozent Kthariolamin (etwa 0.4 Hol A'th-ano.'!-· am in je Mol Silber) zugefügt, um die Komplex bildende und/oder als Reduktionsmittel dienende Kombination zu vervöllistä.adiger. Die erhaltene Lösung enthält etwa 22 Gewichtsprozent Silber. Dann wird zur Lö.vüng Kaliumnitrat zubegeben, so dass die Lösung Oj019 Gewichtsprozent Kalium enthält. Das Trägermaterial wird mit der Kalium enthaltenden SilberlÜGung' imprägnier·t, wobei verminderter Druck angewendet wird, um eine vollständige Sättigung des Trägermaterials zu erreichen. Überschüssige Flüssigkeit wird abgegossen und das Trägermaterial sofort in einem Umluftofen bei 290 C angeordnet, um den Katalysator- zn trocknen und das Silbersais zu metallischem Silber zu reduzieren. Die Gesamterhltzungsdauor beträgt etwa J5 Stunden. Der Silbor-gehalt des Katalysators wird zu 7*8 Gewichtsprozent und der Kaliumgehalt auf der Katalysatoroberfläche zu 0,006 Geviichtsprozent bestimiut (entsprechend 0,0015 g-Kquivalente Kaliwn ^e kg Katalysator·) .Then 10 percent by volume of kthariolamine (about 0.4 Hol A'th-ano. '! - · am in per mole of silver) is added in order to make the combination which forms the complex and / or serves as a reducing agent. The resulting solution contains about 22 percent by weight silver. Potassium nitrate is then added to the solution so that the solution contains 0.19 percent by weight of potassium. The carrier material is impregnated with the potassium-containing silver solution using reduced pressure in order to achieve complete saturation of the carrier material. Excess liquid is poured off and the support material is immediately placed in a forced air oven at 290 C, dry zn to the catalyst and to reduce the Silbersais to metallic silver. The total battery life is approximately J5 hours. The silver content of the catalyst is determined to be 7 * 8 percent by weight and the potassium content on the catalyst surface to be 0.006 percent by weight (corresponding to 0.0015 g-equivalent potassium e kg catalyst).
Die Form des Silberniederschlags auf ,dem Katalysator wird elektronenmikroskopisoh untersucht. Man findet diskrete Teilchen mit einem gleichmässigen Durchmesser von 0,2 bis 0,4/U. Diese Teilchen sind gleichffiässig auf den inneren und äusseren Oberflächen des Trägermaterials angeordnet. Wiederholtes Fallenlassen und Schütteln des Katalysators A. lässt erkennen, dass die Silberteilchen äusserst zäh an der Trägermaterialoberfläche haften«The shape of the silver precipitate on the catalyst becomes electron microscopic examined. Discrete particles are found with a uniform diameter of 0.2 to 0.4 / U. These particles are uniform on the inner and outer surfaces of the carrier material arranged. Repeatedly dropping and shaking the catalyst A. reveals that the silver particles stick extremely tenaciously to the substrate surface «
Zu Vergleichszwecken wird die Herstellung des vorgenannten Katalysators wiederholt, jedoch mit der Änderung, dass der Imprägnierlösung kein Kalium zugegeben wird. Auf Grund der AnalyseFor comparison purposes, the preparation of the aforementioned catalyst repeated, but with the change that no potassium is added to the impregnation solution. Based on the analysis
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230051?230051?
wird festgestellt, dass unter 0,0005 Gewichtsprozent Kalium in der Lösung vorhanden sind. Der Katalysator "Katalysator A," enthält 7*8 Gewichtsprozent Silber und besitzt eine physikalische Mikroötruktur ähnlich der des Katalysators A.it is determined that there is less than 0.0005 weight percent potassium in the solution. The catalyst "Catalyst A," contains 7 * 8 weight percent silver and has a physical Micro-structure similar to that of catalyst A.
Die beiden Katalysatoren A und ,L werden vergleichsweise bei der Herstellung von Ethylenoxid untersucht. In einem typischen Versuch, v/erden 8 mm Ringe des Katalysators A zerkleinert und 3*5 £ von 0,4 bis 0,6 mn grossen Teilchen des zerkleinerten Kataiysators in ein Reaktionsgefäss mit einem Durchmesser von 5 ram und einer Länge von 125 mm gegeben. In Gegenwart eines Chlor enthaltenden Moderators (Dämpfungsmittel) wird ein Gemisch aus Luft und Äthylen über den Katalysator unter folgenden Reaktionsbedingungen geleitet :The two catalysts A and, L are comparatively in the Investigation of the production of ethylene oxide. In a typical attempt v / ground 8 mm rings of catalyst A crushed and 3 * 5 pounds from 0.4 to 0.6 mn particles of the crushed catalyst into a reaction vessel with a diameter of 5 ram and given a length of 125 mm. In the presence of a chlorine-containing Moderator (dampening agent) is a mixture of air and ethylene over the catalyst under the following reaction conditions directed:
Druck 15 ataPressure 15 ata
Raum-Zeit-Geschv/indigkeit 3300 / Std.Space-time speed 3300 / hour
Äthylen-Beschickung in dor Zufuhr 30 MolprozentEthylene feed to feed 30 mole percent
Ä'thylen/02-Verhältnis 3*75Ethylene / O 2 ratio 3 * 75
Moderator-Konzentration 0,001 - 0,0015 Gewichtsprozent Chlor-äquivalente.Moderator concentration 0.001-0.0015 percent by weight of chlorine equivalents.
Die Reaktionstemperatur wird so eingestellt, dass eine 52prozentige Sauerstoff Umwandlung erzielt wird} dabei wird die Selektivität der A'thylenoxidbildüng bestimmt. Beim Katalysator A ist eine Temperatur von 253°C erforderlich, um die Standard-Sauerstoff umwandlung (52 Prozent) zu erreichen. Die Selektivität an Kthylenoxid beträgt 78 Prozent. Zum Vergleich weist der Katalysator A, nur eine Selektivität von 69 Prozent auf.The reaction temperature is adjusted so that a 52 percent Oxygen conversion is achieved} thereby the selectivity becomes the ethylene oxide formation is determined. When the catalyst A is a temperature of 253 ° C is required to achieve standard oxygen conversion (52 percent). The selectivity on Ethylene oxide is 78 percent. For comparison, the catalytic converter A, only a selectivity of 69 percent.
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Beispiel 2Example 2
Es wird der Katalysator B unter- Anwendung des gleichem wie in Beispiel 1 für den Katalysa-tor A beschriebenen Verfahrens hergestellt. It becomes the catalyst B using the same as in Example 1 for the catalyst A described method prepared.
Das wie in Beispiel 1 verwendete Trägermaterial wird mit einer wässrigen Lösung von PCalium- und Silbersalzen imprägniert, die nach dem folgenden unterschiedlichen Verfahren hergestellt worden ist · Eine wässrige Lösung von analysenreinem Silbernitrat wird unter Rühren mit einer wässrigen Lösung von analysenreinem Ka-liumoxalat vermischt. Das ausgefallene Silberoxalat wird abfiltriert und wiederholt mit entsalztem Wasser gewaschen, bis der Kaliumgehalt 0,0008 Gewichtsprozent Kalium je Geviichts pro sent Silber beträgt. Dieses Kalium enthaltende Silberoxalat wird dann in wässrigem Äthylendiamin gelöst. Mit der Lösung wird das Trägermaterial wie in Beispiel 1 beschrieben imprägniert. Der fertige Katalysator enthält 7*8 Gewichtsprozent Silber und 0,00β2 Gewichtsprozent gleichzeitig mitausgefälltes Kalium.The carrier material used as in Example 1 is impregnated with an aqueous solution of potassium and silver salts which has been prepared by the following different process · An aqueous solution of reagent grade silver nitrate is mixed with an aqueous solution of analytically pure potassium oxalate while stirring. The precipitated silver oxalate is filtered off and washed repeatedly with demineralized water until the potassium content is 0.0008 percent by weight potassium per weight per sent Silver amounts. This potassium-containing silver oxalate is then dissolved in aqueous ethylenediamine. With the solution becomes the carrier material impregnated as described in Example 1. The finished catalyst contains 7 * 8 percent by weight silver and 0.00β2 percent by weight at the same time precipitated potassium.
Zu Vergleichszwecken wird in analoger Weise ein Katalysator B1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Anzahl der Wäschen des Silberoxalats geändert wird. Der Katalysator enthält 0,031 Gewichtsprozent gleichzeitig ausgefälltes Kalium. For comparison purposes, a catalyst B 1 is prepared in an analogous manner, with the exception that the number of washes of the silver oxalate is changed. The catalyst contains 0.031 percent by weight of co-precipitated potassium.
Wenn entsprechend den Ausführungen in Beispiel 1 der Katalysa-If, according to the statements in Example 1, the catalyst
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tor B als Äthylenoxydationskatalysator verwendet wird, erhält man eine Standard-Umwandlung bei 253°C, wobei die Selektivität an Äthylenoxid 78,6 Prozent beträgt. Der Katalysator B1 hingegen ist als Katalysator für die Erzeugung von Ä'thylenoxid inaktiv.tor B is used as the ethylene oxidation catalyst, a standard conversion is obtained at 253 ° C, the selectivity of ethylene oxide being 78.6 percent. The catalyst B 1, on the other hand, is inactive as a catalyst for the production of ethylene oxide.
Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Ausgangsverbindungen und allgemeinen Katalysatorherstellungsverfahren wird eine Anzahl Silberkatalysatoren mit unterschiedlichen Kaliumgehalten hergestellt, die sowohl innerhalb als auch ausserhalb des Bereichs vorliegender Erfindung liegen. Die Zusammensetzungen dieser.Katalysatoren, die jeweils 7,8 + 0,3 Gewichtsprozent Silber enthalten, sind in der nachstehenden Tabelle II aufgeführt .Using the starting compounds described in Example 1 and general catalyst preparation processes, a number of silver catalysts with different potassium contents are used which are both within and outside the scope of the present invention. The compositions These catalysts, each 7.8 + 0.3 percent by weight Contain silver are listed in Table II below .
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prozent
KaliumWeight
percent
potassium
selektivitat
bei Äthylen
oxid,Oxidative
selectivity
with ethylene
oxide,
lysatorKata
lyser
- Alkalimetall
je kg Kata
lysatorg equivalents
- alkali metal
per kg of kata
lyser
Jeder dieser Katalysatoren wird einem Langzeittest in einem Äthylenoxid-Reaktionsgefäss mit einem Durchmesser von etwa 45 mm und einer Länge von 12 m im halbtechnis±Bn Maßstab und unter folgenden Versuchsbedingungen unterworfen :Each of these catalysts is subjected to a long-term test in an ethylene oxide reaction vessel with a diameter of about 45 mm and a length of 12 m in a semi-technical ± Bn scale and below Subject to test conditions:
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Optimale Moderator-Konzentration 0,0011 - 0,0014 Gew.-fo Moderator optimum concentration from 0.0011 to 0.0014 wt -f o.
ChloräquivalenteChlorine equivalents
Beispiel 4Example 4
Es werden unter Verwendung der Ausgangsverbindungen und der
allgemeinen VerfahrensVorschriften nach Beispiel 1 Katalysatoren
hergestellt, die unterschiedliche Mengen an Rubidium als Alkalimetall enthalten. An Stelle einer Zugabe von Kalium zur Imprägnierlösung
wird Rubidium als Rubidiumnitrat zugefügt. Die derart
hergestellten Katalysatoren v/erden als Äthylenoxid-Katalysatoren unter Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach Beispiel 1
untersucht. Die Zusammensetzungen dieser Katalysatoren und die
unter Verwendung dieser Katalysatoren erhaltenen Ergebnisse bei
der Herstellung von Äthylenoxid sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben.Using the starting compounds and the
General procedural rules according to Example 1 produced catalysts which contain different amounts of rubidium as the alkali metal. Instead of adding potassium to the impregnation solution, rubidium is added as rubidium nitrate. The catalysts produced in this way are investigated as ethylene oxide catalysts using the apparatus and the method according to Example 1. The compositions of these catalysts and the
results obtained using these catalysts
the preparation of ethylene oxide are given in Table III below.
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Tabelle ΙΙΓTable ΙΙΓ
ο ο coο ο co
prozentWeight
percent
einer 52prozen-To achieve
a 52 percent
SelektivitätOxidative
selectivity
( Gew.-fo ) salary
( Weight-fo)
je Kilogrammg equivalents
per kilogram
lung erforder
liche Reaktions-
termoeraturterm 0p-Umv; and-
required
lich reaction
thermoeratur
oxid,
% to ethylene
oxide,
%
Ca)
O67.4 M.
Ca)
O
Es werden unter Verwendung der Ausgangsverbindungen und der allgemeinen Verfahrensvorschriften nach Beispiel 1 Katalysatoren hergestellt, die unterschiedliche Mengen an Cäsium als Alkalimetall enthalten. An Stelle einer Zugabe von Kalium zur Imprägnierlösung wird Cäsium als Cäsiumnitrat zugefügt. Die derart hergestellten Katalysatoren werden als Äthylenoxid-Katalysatoren unter Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach Beispiel 1 untersucht.Using the starting compounds and the general procedural instructions according to Example 1 produced catalysts containing different amounts of cesium as the alkali metal contain. Instead of adding potassium to the impregnation solution, cesium is added as cesium nitrate. That kind of Catalysts prepared are used as ethylene oxide catalysts using the apparatus and method of Example 1 examined.
Die Zusammensetzungen dieser Katalysatoren und die unter Verwendung dieser Katalysatoren erhaltenen Ergebnisse bei der Herstellung von Ethylenoxid sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben.The compositions of these catalysts and those using Results obtained with these catalysts in the preparation of ethylene oxide are shown in Table IV below specified.
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co οco ο CO 00CO 00 coco
O COO CO cccc
'gehalt
(Gew.-%) Silver-
'salary
(% By weight )
prozentWeight
percent
einer 52prozen-
■ tigen 02-Urawand-
lung erforder
liche Rcaktions-
temperatur, 0CTo achieve
a 52 percent
■ term 02-Urawand-
required
lich feedback
temperature, 0 C
Selektivität
zu Ä'thylen-
oxi d,Oxidative
selectivity
to ethylene
oxi d,
je Kilogrammg equivalents
per kilogram
78,2 0, _ CO
78.2 0
Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)Example 6 (comparative example)
Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Ausgangsver— bindungen und allgemeinen Herstellungsverfahren werden zwei Reihen von Katalysatoren hergestellt, wobei in der einen Serie unterschiedliche Mengen Natrium und in der a.nderen Serie unterschiedliche Mengen Lithium zugegeben werden.Using the output method described in Example 1 bonds and general manufacturing processes, two series of catalysts are produced, with one series different amounts of sodium and different in the other series Amounts of lithium are added.
Alle diese Katalysatoren enthalten etwa 7*8 Gewichtsprozent Silber und 0,005 bis 0,152 g-Kquivalente Lithium oder Natrium je kg Katalysator.All of these catalysts contain about 7 * 8 percent by weight Silver and 0.005 to 0.152 g-equivalents lithium or sodium per kg of catalyst.
Diese Katalysatoren werden unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung und des dort beschriebenen Verfahrens als Ä'thylenoxyda.tionskatalysatoren untersucht. Innerhalb der bei den Versuchen auftretenden Fehlergrenzen wird keine Verbesserung bezüglich der Selektivität mit diesen Katalysatoren bemerkt .These catalysts are produced using the apparatus and method described in Example 1 investigated as Ä'thylenoxyda.tionskatalysatoren. Within the in the case of the error limits occurring in the tests, no improvement in the selectivity with these catalysts is noticed .
Beispiel? (Vergleichsbeispiel)Example? (Comparative example)
Entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird ein Katalysator hergestellt, der höchstens 0,0005 Gewichtsprozent gleichzeitig ausgefälltes Kalium enthält. Der Katalysator enthält 7*8 Gewichtsprozent Silber. Wenn der Katalysator als Äthylenoxydationskatalysator untersucht wird, zeigt er eine Selek-According to the procedure described in Example 1, a catalyst is prepared which is at most 0.0005 percent by weight at the same time contains precipitated potassium. The catalyst contains 7 * 8 percent by weight silver. When the catalyst is used as an ethylene oxidation catalyst is examined, he shows a selective
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tivität von 69 Prozent. Proben dieses Katalysators werden mit wässrigen Lösungen von Ka.lium behandelt, um unterschiedliche Mengen von Kalium zuzugeben. Sogar bei Zugaben im Bereich von 0,0009 bis 0,0022 g-Äquivalente je kg Katalysator wird höchstens eine Selektivitätsverbesserung um 4 bis 5 Prozente, d.h. also auf eine Selektivität von 73 bis r(k Prozent, .vermerkt.69 percent efficiency. Samples of this catalyst are treated with aqueous solutions of potassium to add varying amounts of potassium. Even with additions in the range from 0.0009 to 0.0022 g-equivalents per kg of catalyst, a selectivity improvement of at most 4 to 5 percent, ie to a selectivity of 73 to r (k percent, is noted.
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Claims (1)
lente/(bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators) Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsium ionen enthalten, die gleichzeitig mit dem Silber auf das Trägermaterial aufgebracht worden sind. t per kg catalyst /
lente / (based on the total weight of the catalyst) contain potassium, rubidium and / or cesium ions that have been applied to the support material at the same time as the silver.
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